CN101026897B

CN101026897B - 具有增强方向性的扩音器设备

Info

Publication number: CN101026897B
Application number: CN200710087931XA
Authority: CN
Inventors: W·A·卡古斯四世
Original assignee: General Motors LLC
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: US20070177752A1; CN101026897A; US20110026753A1; US7813519B2; US8325959B2

Abstract

一种扩音器组件，包括外壳，该外壳包括至少一个第一管道与至少一个第一腔连通，至少一个第二管道与至少一个第二腔连通，以及至少一个第三管道与至少一个第三腔连通，以及分离第一、第二和第三腔的至少一个扩音器元件，其中声波在第一、第二和第三管道中接收并被引导进入腔中并由扩音器元件接收。一种将声波转换成电信号的方法，包括：通过至少三个管道开口接收声波，并将接收的声波沿着管道通道引导进入至少第一、第二和第三腔到达分隔第一、第二和第三腔的扩音器。该方法还包括利用扩音器将接收的声波转换成电信号。

Description

具有增强方向性的扩音器设备

技术领域

本发明主要涉及扩音器。

背景技术

每个扩音器系统都会基于声源的位置具有一个指示其响应的方向性图。方向性图包括例如心形图和超心形图。扩音器可以定制为全方向性、双向和单向的方向性特征。但是，具有向后辐射瓣的方向性特征的扩音器会很大程度上降低扩音器的效率和方向性能。

图1示出了现有技术中单向扩音器的方向性图。其结果可以通过利用全方向性扩音器元件和双向元件，或利用改进的双向扩音器来获得。但是每个结果都会导致少于6分贝(dB)的方向性指数(“DI”)。下面贯穿全文的DI都表示对扩音器元件的散射噪声的阻抗度。DI越大，扩音器元件的散射噪音阻抗越大，也就是说，更少的散射噪音被“拾音”或被扩音器元件接收。对于扩音器而言DI增加的另一个影响是，在保持恒定的信号级别的情况下，扩音器和声源之间的可接受距离增加了。

例如，当前使用的扩音器DI为5dB。该扩音器在距声源大约16英寸的范围内工作性能最佳。将DI提高到9dB可以使扩音器距离增加到大约22.5英寸。

过去提高扩音器的DI的解决方案要么需要诸如抛物线阵列这样昂贵的设备，要么需要相当大的设备，不适于诸如移动交通工具这样空间受限的应用。

本发明克服了这些缺陷并且对现有技术进行了改进。

发明内容

本发明一方面提供了一种扩音器组件，包括外壳，该外壳包括至少一个第一管道与至少一个第一腔连通，至少一个第二管道与至少一个第二腔连通，以及至少一个第三管道与至少一个第三腔连通。该组件还包括分离第一、第二和第三腔的至少一个扩音器元件，其中声波在第一、第二和第三管道中接收并被引导到腔并由扩音器元件接收。

本发明的另一方面提供了一种将声波转换成电信号的方法，包括：通过至少三个管道开口接收声波，并将接收的声波沿着管道通道引导进入至少第一、第二和第三腔到达分隔第一、第二和第三腔的扩音器。该方法还包括利用扩音器将接收的声波转换成电信号。

本发明的第三方面提供了一种将声波转换成电信号的系统，包括：通过至少三个管道开口接收声波的装置，和将接收的声波沿着管道通道引导进入至少第一、第二和第三腔到达分隔第一、第二和第三腔的扩音器的装置。该系统还包括利用扩音器将接收的声波转换成电信号的装置。

上述的和本发明的其它特征和优点，通过结合附图对优选实施例的详细说明将会更加显而易见。详细的说明和附图只是对本发明的示意性说明而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围仅由权利要求及其等价物限定。

附图说明

图1示出了现有技术中扩音器的方向性和单极幅度；

图2A示出了根据本发明的一个方面的扩音器组件的一个实施例；

图2B示出了根据本发明的一个方面的图2A的扩音器组件的顶视图；

图3示出了根据本发明的一个方面的扩音器组件的一个实施例；

图4示出了根据本发明的一个方面的扩音器组件的一个实施例；

图5A示出了根据本发明的一个方面的扩音器组件的一个实施例；

图5B示出了根据本发明的一个方面的图5A的扩音器组件的一个实施例；

图6示出了根据本发明的各个实施例的扩音器组件的方向性指数；

图7示出了根据本发明的一个方面，将声波转换出成电信号的方法的一个实施例。

具体实施方式

图2A以侧截面图的形式示出了扩音器组件200的一个实施例。扩音器组件200从声源210接收声波r1、r4和r5。

扩音器组件200包括外壳205，该外壳包括第一管道230、第二管道235和第三管道265。第一管道230与第一开口220连通。在一个实施例中，声学电阻225安置在第一管道230内部。在一个实施例中，声学电阻225安置在第一开口220附近。

第二管道235与第二开口260连通。在一个实施例中，声学电阻255安置在第二管道235内。在一个实施例中，声学电阻255安置在第二开口260附近。第三管道265与第三开口275连通。在一个实施例中，声学电阻270安置在第三管道265内。在一个实施例中，声学电阻270安置在第三开口275附近。

第一管道230与第三管道265还与第一腔245连通。第二管道235还与第二腔250连通。扩音器元件240分隔第一腔245和第二腔250。扩音器元件240在一个实施例中是双向扩音器。图2中没有示出与扩音器元件240电连通的电子电路。

从声源210发出的声波r1、r4和r5通过声源210和外壳205之间的周围空气传播。本领域技术人员可以理解，声波也可以沿其它方向传播，但是没有在外壳205处引导的声波对于在此公开的扩音器组件的操作没有影响。至少一部分的声波通过第一、第二和第三开口220、260、275被第一、第二和第三管道230、235、265接收。接收的声波通过第一、第二和第三管道230、235、265被引导到第一和第二腔245、250，在此声波与扩音器元件240相互作用。声波与扩音器元件相互作用的结果是扩音器元件产生了电信号。

图2B示出图2A描述的扩音器组件的顶视图。如图2B所示，扩音器组件外壳205包括声音接收表面285，该声音接收表面285包括第一端290和第二端295，第一端与第二端相对。第一开口220位于第一端290附近，第三开口270位于第二端295附近。在一个实施例中，第一、第二和第三开口220、260和270沿着声音接收表面定义了一条直线295。本发明的其它实施例包括在声音接收表面上的多个开口的替换排列，例如相对排列、五点梅花形排列或其它排列。

图3示出了根据本发明的一个方面的扩音器设备300的另一个实施例。声源310产生声波r1、r2、r3和r4。设备300包括外壳305，该外壳305包括第一开口315、第二开口345、第三开口350和第四开口385。第一开口315与第一管道325连通，第一管道325与第一腔330连通。第二开口345与第二管道343连通，第二管道343与第二腔340连通。在一个实施例中，声学电阻320放置在第一管道325内。在一个实施例中，声学电阻320放置在第一开口315附近。在一个实施例中，声学电阻348放置在第二管道343内。在一个实施例中，声学电阻348放置在第二开口345附近。

第三开口350与第三管道360连通，第三管道360与第三腔365连通。第四开口385与第四管道380连通，第四管道380与第四腔370连通。在一个实施例中，声学电阻355放置在第三管道360内。在一个实施例中，声学电阻355放置在第三开口350附近。在一个实施例中，声学电阻390放置在第四管道380内。在一个实施例中，声学电阻390放置在第四开口385附近。

扩音器元件335分隔第一腔330和第二腔340。扩音器元件335通过接合点371与电路370电连通。扩音器元件368分隔第三腔365和第四腔370。扩音器元件368通过接合点372与电路370电连通。电路370组合来自第一扩音器元件335和第二扩音器元件368的电信号。在一个实施例中，电路370过滤或修改来自第一和第二扩音器元件335、368的信号。电路370产生输出信号375。

图4示出了根据本发明的扩音器组件400的一个实施例。声源409发出在外壳405处被接收的声波r1、r4和r5。外壳405包括第一开口410、第二开口445和第三开口490。

第一开口410与第一管道415连通，第一管道415与第一腔420连通。在一个实施例中，声学电阻411放置在第一管道415内。在一个实施例中，声学电阻411放置在第一开口410附近。第二开口445与第二管道440连通。在一个实施例中，声学电阻446放置在第二管道440中。在一个实施例中，声学电阻446放置在第二开口445附近。第二管道440与第三管道435和第四管道450连通。在一个实施例中，第三管道435包括声学电阻441。在一个实施例中，第四管道450包括声学电阻451。第三管道435与第二腔430连通。第四管道450与第三腔460连通。第三开口490与第五管道485连通。在一个实施例中，声学电阻491放置在第五管道485内。在一个实施例中，声学电阻491放置在第三开口490附近。第五管道485与第四腔470连通。

扩音器元件425分隔第一腔420与第二腔430，并通过接合点474与电路471电连通。扩音器元件480分隔第三腔460和第四腔470，并通过接合点476与电路471电连通。电路471基于来自扩音器元件425和扩音器元件480的输入产生信号479。在一个实施例中，电路471过滤或另外修改来自扩音器元件425和扩音器元件480的电信号。

图5示出了根据本发明一个方面的扩音器组件500的一个实施例。扩音器500包括外壳505，该外壳从声源509接收声波r1、r2、r3和r4。

外壳505包括第一开口515、第二开口520、第三开口570和第四开口560。第一开口515与第一管道525连通，第二开口520与第二管道535连通，第三开口570与第三管道545连通，第四开口560与第四管道555连通。在一个实施例中，声学电阻516、521、571和561分别放置在第一、第二、第三和第四管道525、535、545、555中。在一个实施例中，声学电阻516、521、571和561分别放置在第一、第二、第三和第四开口515、520、570、560附近。

第一管道525和第四管道555与第一腔540连通。第二管道535和第三管道545与第二腔530连通。第一腔540和第二腔530由扩音器元件560分隔。扩音器元件560响应作用在扩音器元件560上的压力差产生电信号(未示出)。

图5B示出了图5A中描述的扩音器组件的顶视图。如图5B所示，扩音器组件外壳505包括声音接收表面585，该声音接收表面585包括第一端590和第二端595，第一端590与第二端595相对。第一开口515位于第一端590附近，以及第四开口560位于第二端595附近。第二开口520和第三开口570位于第一开口515和第四开口560之间，第二开口520位于第一开口515和第三开口570之间，第三开口570位于第二开口520和第四开口560之间。在一个实施例中，第一、第二、第三和第四开口515、520、570和560沿着声音接收表面定义了一条直线595。本发明的其它实施例包括在声音接收表面上的多个开口的替换排列，例如相对排列、五点梅花形排列或其它排列。

扩音器组件200、300、400和500的声学电感、电容和阻抗可以通过控制开口、管道、腔和声学电阻的尺寸来谐调或调节。在一个实施例中，该调节作为一种设计选择来实现，而在其它实施例中，该调节被控制作为被施加以改变开口、管道或腔的有效尺寸的电调节的结果。例如，管道的长度会影响扩音器组件的声学电感。在另一个实例中，腔的体积控制着扩音器组件的声学电容。

图6示出了根据本发明的另一方面的扩音器组件(诸如扩音器组件200、300、400或500)的典型方向性指数。如图所示，扩音器组件200、300、400或500可以达到高达9dB的DI。

图7示出了根据本发明的一方面，将声波转换成电信号的方法700的一个实施例。方法700在步骤710开始。

在步骤720，通过至少三个管道开口接收声波。在一个实施例中，至少三个管道开口实现为结合图2、3、4或5公开的任何开口。声波由任何声源发出，例如声源210、310、409或509。在步骤730，将接收的声波沿着管道通道引导进入至少第一和第二腔到达分隔第一和第二腔的扩音器。该管道通道可以实现为上述结合图2、3、4或5公开的任何管道。第一和第二腔可以实现为上述结合图2、3、4或5公开的任何腔。扩音器可以实现为任何适当的扩音器元件，例如上述结合图2、3、4或5公开的扩音器元件。该扩音器可以是全方向性、双向或任何其它方向性图的特征。

在步骤740，利用扩音器将接收的声音转换成电信号。将接收的声音转换成电信号可以通过任何适当的装置来实现。电信号可以使用任何适当的电子电路来处理，例如滤波器、放大器等，或者信号可以不经过附加的电子修改就发送到目的地。方法700在步骤750结束。

这里公开的任何声学电阻可以是本领域技术人员所熟知的任何一种声学电阻，包括塑料泡沫、织物和屏障。

本发明可以以其它特定形式实现而不脱离本发明的精神和实质特征。这里描述的实施例只是示意性说明而不是对本发明的限制。本领域技术人员应该理解，这里没有提到的特定的时间间隔和时间范围是考虑在内的，无需不适当的实验就可以实现可替换的实施。

Claims

1.一种扩音器组件，包括：

外壳，包括至少三个开口、至少三个腔和至少三个管道，所述至少三个开口至少包括第一开口、第二开口和第三开口，所述至少三个腔至少包括第一和第二腔，该第一和第二腔的每一个经所述管道与第一开口、第二开口和第三开口中的至少一个连通；以及

分离该第一和第二腔的至少一个扩音器元件，其中声波在第一、第二和第三管道中接收并被引导到腔中由扩音器元件接收，且其中至少一个腔经一个或多个管道连接到单独一个开口。

2.如权利要求1所述的组件，其中所述至少三个管道包括第一管道、第二管道和第三管道，并且其中第一管道通过第一开口接收声音，第二管道通过第二开口接收声音，并且第三管道通过第三开口接收声音。

3.如权利要求1所述的组件，其中扩音器元件是从包括双向扩音器和单向扩音器的组中选出来的。

4.如权利要求1所述的组件，其中外壳包括声音接收表面，其中开口位于所述声音接收表面，且该开口定义了一条直线。

5.如权利要求4所述的组件，其中管道包括放置在开口附近的声学电阻。

6.如权利要求4所述的组件，其中该表面具有第一端和第二端，并且其中第一开口位于第一端附近，第三开口位于第二端附近。

7.如权利要求4所述的组件，其中开口沿着声音接收表面定义了一条直线。

8.如权利要求1所述的组件，其中第一管道与第一开口连通，第二管道与第二开口连通，第三管道与第三开口连通，而且外壳还包括与第四开口连通的第四管道，并且其中第一腔与第二腔由第一扩音器元件分隔，第三管道还与第三腔连通，第四管道还与第四腔连通，并且其中第三腔和第四腔由第二扩音器元件分隔。

9.如权利要求8所述的组件，还包括电子电路，用于从第一和第二扩音器元件中的每一个接收电信号，并且其中电子电路将电信号组合用于由扩音器处理器进行处理。

10.如权利要求1所述的组件，其中第一管道与第一开口连通，第二管道与第二开口连通，第三管道与第三开口连通，第四管道与第四开口连通，第二管道还与第二腔和第三腔连通，第四管道与第四腔连通，并且其中第一腔和第二腔由第一扩音器元件分隔，第三腔和第四腔由第二扩音器元件分隔。

11.如权利要求10所述的组件，还包括电子电路，用于从第一和第二扩音器元件中的每一个接收电信号，并且其中电子电路将电信号组合用于由扩音器处理器进行处理。

12.如权利要求1所述的组件，其中第一管道与第一开口和第一腔连通，第二管道与第二开口连通，外壳还包括与第三开口和第四腔连通的第五管道，并且其中第二管道与第三管道连通，第三管道与第二腔连通，并且其中第二管道与第四管道连通，第四管道与第三腔连通，并且其中第一腔和第二腔由第一扩音器元件分隔，第三腔和第四腔由第二扩音器元件分隔。

13.如权利要求12所述的组件，还包括电子电路，用于从第一和第二扩音器元件中的每一个接收电信号，并且其中电子电路将电信号组合用于由扩音器处理器进行处理。

14.如权利要求1所述的组件，其中所述组件包括大于或等于6分贝的方向性指数。